水资源系统工程

水利工程术语

水资源系统工程是应用系统工程的方法对水资源进行合理的开发利用，包括对水资源的规划、治理、控制、保护和管理。

简介

应用系统工程的方法对水资源进行合理的开发利用，包括对水资源的规划、治理、控制、保护和管理。水资源系统工程从系统总体出发，综合考虑自然、技术、经济和社会等因素的相互关系，有目的有步骤地选定开发目标、建立数学模型、应用优化方法和计算机技术，对大量可行的开发利用方案进行定量分析和综合评价，从而提出总体最优方案，供决策时选择。

系统特点

水资源系统的主要特点：①它是一个可控的人工系统与自然系统相结合的复合大系统。它既是为了充分利用水资源，满足社会需要和促进经济发展而建立的人工系统，又是一个受生态系统制约和服从水资源本身自然规律的自然系统。②它是空间和时间结构都极其复杂的大系统。从空间结构看，它既包括众多的工程要素，如大坝、水库、渠系、水电站、通航和溢洪建筑物等，又涉及许多除害兴利部门，如防洪、除涝、水污染控制、工农业供水、水力发电、航运、旅游等部门。它们之间存在着既相互支援，又相互制约的关系。从时间结构看，它包括从水资源开发利用的勘测、规划、设计、施工到运行管理等阶段，是典型的多阶段动态系统，有的要历经60～70年之久的连续过程。③它是一个多目标、多技术方案的大系统。对水资源系统的评价目标涉及经济、社会、政治、环境、地区等多种目标。为实现系统目标，不仅系统内部可行方案众多，而且外部战略性的替代方案也多。如可用火电或核电等来代替水电开发，用公路、铁路等来代替水道航运等。④它是一个多级递阶的大系统。例如，在流域或地区水资源规划系统中，按任务和要求通常可将防洪、灌溉、发电等专业规划分别作为流域或地区规划的子系统来处理。根据需要还可将这级子系统再细分为下属的若干级子系统，以便寻求整个系统的最优化。

发展概况

1955年美国哈佛大学首先制定了水资源大纲，重点研究现代水资源系统工程的方法论。1957年加利福尼亚大学成立了水资源中心。60年代初，美国西部资源会议制定了以水资源为重点的长期科研规划。这些活动推动了水资源系统工程的发展。60年代，英、苏、法等国都开展了水资源系统工程的研究，并建立了相应的科研机构。例如,美国北大西洋区域的水资源规划,阿根廷的科罗拉脱河流域规划，苏联的巴古参茨克水电站的施工设计等都应用系统分析方法进行了水资源系统的优化工作。中国对红水河梯级水电站的开发规划、水电站群参数优选和水库优化调度，以及地区水资源科学分配研究等方面也取得了很大的效益。

工作程序

水资源开发利用的工作程序如下（见图）：①明确问题。弄清需要解决什么问题，即弄清需求和约束条件。②目标选择。将需求具体化，建立目标体系和评价指标。③方案设计。设计出能达到目标的可行方案。④建立数学模型。根据目标通过数学模型分析各种方案。⑤系统最优化。选定方案的参数和变量，即选择最优方案。⑥综合评价。从系统的功能、费用、时间、可靠性等方面进行定量的或定性的综合分析和评价。通过综合评价，如系统能最优地满足需求,则可进入方案实施阶段。如不能满足需求,则可重复上述步骤，直到满意为止。

系统工程方法

在水资源开发利用系统中常用的模型化、最优化和评价、决策方法有以下几种：①在建立结构模型方面有多级递阶控制结构、解释结构模型(ISM)等；②在系统优化方面有线性规划、整数规划、动态规划、仿真等；③在系统评价和决策方面有系统分析、成本效益分析、多目标决策、群决策等；④在系统规划、设计施工和运行管理方面，有网络技术、计划协调技术(PERT)、关键路线法(CPM)、动态规划等。

在解决庞大的水资源系统问题时，如何处理好系统空间结构的复杂性，保证系统时间结构的连贯性，以及合理解决大型水利工程中生态环境问题等都是水资源系统工程需要进一步研究、完善和提高的主要课题。

参考书目

W.A.Hall，Water Resource Systems Engineering，McGraw-Hill, New York, 1970.

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